基于金属磁记忆理论的曲轴剩余寿命预测方法研究

摘要

随着国家大力发展循环经济，以优质、高效、节能、环保为目标的再制造工程日渐兴起，船用柴油机是典型的可再制造产品，而曲轴是柴油机中的核心部件，所以曲轴的再制造对柴油机再制造产业的发展具有指重要意义。为体现曲轴再制造是否有价值，服役曲轴的剩余寿命预测成为曲轴再制造过程中的最重要环节。因此，本文主要对曲轴剩余寿命预测开展方法研究，并基于金属磁记忆理论提出一种新的曲轴剩余寿命预测方法，主要研究内容如下： （1）通过对疲劳损伤理论研究，为曲轴疲劳分析奠定理论基础，通过对船用柴油机曲轴进行工况和常见疲劳损伤形式分析，确定曲轴有限元分析时的相关边界条件，即施加载荷大小和约束方式，从而准确确定柴油机曲轴在工作过程中容易产生疲劳损坏的部位，减少曲轴检测成本，并借助有限元分析得到不同频率疲劳拉伸下的循环次数-集中应力曲线。 （2）研究磁机械效应的基本物理原理，通过对磁畴结构、磁化与磁滞现象、磁致伸缩和晶体各向异性的研究，从宏观和微观上分析金属磁记忆产生的原因，为本文利用金属磁记忆方法预测曲轴剩余寿命奠定了坚实的理论基础。 （3）研究磁-应力之间关系、磁场强度空间分布和磁体磁场强度分布规律，提出铁磁物质应力集中处漏磁场强度H与所受最大应力σmax之间的关系表达式构建方法，结合该关系式，实现了只需通过测量铁磁物质表面磁信号便可得知其所受应力值大小的可能。 （4）结合（1）、（3）提出了剩余寿命预测方法，并运用加权平均法提出能预测一定转速范围内柴油机的曲轴剩余寿命方法，借助铁磁试件对该方法进行了验证，其准确率可达89%。

目录

声明

第1章 绪论

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 零件剩余寿命预估研究

1.2.2 金属磁记忆检测方法研究

1.3 本文主要研究内容及结构

1.4本章小结

第2章 疲劳损伤理论及曲轴有限元疲劳分析

2.1 疲劳累积损伤理论

2.2 曲轴结构及受力分析

2.2.2曲轴的受力分析

2.3 曲轴有限元分析

2.3.2曲轴有限元结果分析

2.4 本章小结

第3章 金属磁记忆信号与应力关系研究

3.1.2磁性的微观理论

3.2 磁畴结构

3.3 铁磁物质的磁化与磁滞

3.4 铁磁构件的磁记忆机理

3.5 应力与等效磁场关系的构建

3.5.2漏磁场强度表达式的构建

3.6 磁体磁场空间分布表达式的构建

3.8 矩形铁磁体

3.7 应力与所测磁信号定量关系的确定

3.8 本章小结

第4章 曲轴剩余寿命预测方法提出及验证

4.2 铁磁试件有限元分析

4.3 铁磁试件剩余寿命预测及实验验证

4.3.1 铁磁试件疲劳拉伸实验过程

4.3.2 铁磁试件疲劳拉伸实验结果分析

4.4 本章小结

总结与展望

二、研究展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间学术成果及科研项目

致谢